Повышение эффективности концентраторов солнечных энергетических установок с высоковольтными фотопреобразователями

• Автор: Смирнов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Введение.
Глава 1. Обзор существующих типов солнечных энергетических установок и возможностей повышения их эффективности.

1.1 Классификация солнечных энергетических установок

1.2 Принципы построения солнечных электростанций для комбинированного производства электрической и тепловой энергии.
1.3 Конструктивные элементы солнечной энергетической установки для одновременного производства электричества и тепла.

1.3.1 Фотоэлектрические преобразователи.

1.3.2 Концентратор солнечной энергии

1.3.3 Система слежения за солнцем.

1.3.4 Электрическая часть установки.

1.3.5 Тепловая часть СЭУ

1.3.6 Система автоматического управления и контроля установки.

1.4 Выбор направления исследования
1.5 Постановка задач диссертации.
Глава 2. Метод энергетического анализа концентратора солнечной энергии
2.1 Сущность метода.
2.2 Разработка алгоритма программы
2.3 Выбор оптических схем концентрации для решения поставленной задачи
2.4 Разработка программных методов расчета концентрирующих систем.
2.4.1 Принятые допущения при расчете концентрирующей системы
2.4.2 Фацетный концентратор.
2.4.3 Параболоцилиндрический концентратор.
2.5 Создание программы реализующей разработанный метод моделирования
2.5.1 Программный модуль генератор лучей
2.5.2 Программный модуль трассировщик лучей.
2.5.3 Обработка данных
2.5.4 Интерфейс программы.
2.6 Моделирование работы концентрирующих поверхностен.
2.7 Оптимизация фацетного концентратора.
2.8 Соотношение точности системы слежения и допусков на изготовления концентратора.
2.9 Расчет ожидаемой мощности установки.
2. Выводы по главе.
Глава 3. Разработка макета концентрирующей системы.
3.1 Создание расчетной схемы макета
3.2 Конструкция макета солнечной энергетической установки
3.3 Учебноисследовательский стенд для анализа солнечных энергетических установок
3.4 Выводы по главе
Глава 4. Исследования макета концентрирующей системы.
4.1 Средства измерения для проведения исследований.
4.2 Измерение вклада фацетов в общий коэффициент концентрации
4.3 Измерение коэффициента концентрации концентратора
4.4 Измерение вольтамперной характеристики макета
4.5 Определение пространственного распределения сфокусированной световой энергии
4.6 Оценка качества работы охлаждающей жидкости
4.7 Зависимость мощности ФЭП от коэффициента концентрации
4.8 Оценка зависимости изменения мощности ФЭП от точности ориентации КСЭ
4.9 Снижение требований к точности работы системы слежения и допусков на изготовление отражающей поверхности за счет использования двусторонней засветки фотопреобразователя.
4. Согласование напряжений многопереходного фотопрсобразоватсля и планарного фотоэлектрического модуля.
4. Описание установки, принятой к опытноконструкторской разработке
4. Выводы по главе
Глава 5. Перспективные области применении установок комбинированного типа
5.1 Области применение установок комбинированного типа
5.2 Экономические предпосылки применения солнечных энергетических установок в централизованных системах электроснабжения
5.3 Определение стоимостных характеристик модуля
5.4 Оценка экономического эффекта от применения установки с концентратором
5.5 Сравнение предложенного типа энергетической установки с планарным фотоэлектрическим модулем.1 1
5.6 Экологические аспекты строительства и эксплуатации солнечных установок
с концентраторами.
5.7 Энергетическая окупаемость установки
5.8 Выводы по главе.
Заключение
Список источников


С., Селиванов Н. П., а также зарубежные ученые Бекман У. Даффи Дж. Антонио Луке, Клейн С. Колларее Перейра М. Лю Б. Джордан Р. Холланде К. Уинстон Р. Сэтер Б. Часть данной работы выполнялась в соответствии с программой Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на годы Федерального Агентства по науке и инновациям ФАНИ Министерства науки и образования РФ в рамках научноисследовательской работы по государственному контракту от ноября года . Исследование возможности создания солнечноэнергетического модуля на основе применения кремниевых высоковольтных многопереходных фотопреобразователей в режиме концентрированной солнечной освещенности и построения их этих модулей наземной солнечной теплоэлектрической станции нового поколения. Другая часть работы, проводилась в рамках Европейской Сети по образованию и подготовке кадров по возобновляемым источникам энергии i ii i , в частности, разработан и изготовлен лабораторноисследовательский стенд для анализа углов прихода солнечного излучения и их влияния на эффективность работы солнечных энергетических установок. Целью диссертационной работы является повышение эффективности концентраторов солнечных энергетических установок комбинированного типа на базе многопереходных высоковольтных фотопреобразователей, для повышения общей эффективности установки. Разработать метод энергетического анализа концентратора солнечной энергии, позволяющий моделировать распределение концентрированного излучения по поверхности фотопреобразователей в зависимости от формы отражающей поверхности и допусков па отклонения нормалей к поверхности, точности системы слежения. Рассчитать форму концентратора солнечной энергии, обеспечивающего максимальную эффективности установки с приемником излучения на основе многопереходных фотопрсобразоватслей, обладающих двумя световоспринимающими поверхностями провести анализ влияния формы концентратора солнечного излучения, точности работы системы слежения и качества изготовления отражающей поверхности на распределение плотности энергии, приходящей к фотопреобразователю, и на коэффициент концентрации. Разработать и изготовить макет рассчитанного концентратора солнечной энергии провести натурные испытания макета концентратора солнечной энергии в составе установки для комбинированного производства электрической и тепловой энергии. Исследовать работу системы слежения за Солнцем, определить минимально допустимую точность работы системы слежения при кратной концентрации, осуществить привязку точности работы системы слежения к допускам на изготовления отражающей поверхности концентратора. Разработать и изготовить лабораторноисследовательский стенд для проектирования солнечных энергетических установок методом физического моделирования углов прихода солнечного излучения и исследования эффектов затенения. Провести техникоэкономическое обоснование использования рассчитанной установки, составленной из модулей оснащенных концентраторами в народном хозяйстве. Научная новизна работы. Разработан эффективный метод энергетического анализа концентратора солнечного излучения, учитывающий точность изготовления его отражающей поверхности, режимы работы системы слежения за Солнцем и позволяющий рассчитать его геометрию, согласно заданным условиям. Предложена форма концентратора солнечной энергии, обеспечивающего высокие технические характеристики установки с двусторонним приемником излучения на основе многопереходного фо i реобразоватсля. Создан оригинальный макет солнечной энергетической установки, позволяющий испытывать в натурных условиях фотонреобразователи, обладающие, как одной, так и двумя световоспринимающими поверхностями, при различных вариантах коэффициента концентрации в пределах до крат с каждой из сторон. Обоснована установка планарных фотоэлектрических модулей в слепой зоне концентратора, играющих роль резервных источников питания для системы слежения за Солнцем и повышающих эффективность использования приходящего потока солнечной энергии.